甲烷是一种重要的化工原料，常用于制H2和CO。

1. 甲烷是一种重要的化工原料，常用于制H₂和CO。

(1) CH₄和H₂O(g) 在一定条件下可制得H₂和CO，反应原理如下：

①CO₂(g)＋4H₂(g)=CH₄(g)＋2H₂O(g)　ΔH₁=-165 kJ·mol^-1

②CO₂(g)＋H₂(g)=CO(g)＋H₂O(g)　 ΔH₂=＋41 kJ·mol^-1

③CH₄(g)＋H₂O(g) =CO(g)＋3H₂(g) ΔH₃

反应③的ΔH₃=。

(2) 甲烷裂解制氢的反应为CH₄(g)=C(s)＋2H₂(g)　ΔH=＋75 kJ·mol^-1 ， Ni和活性炭均可作该反应催化剂。CH₄在催化剂孔道表面反应，若孔道堵塞会导致催化剂失活。

①Ni催化剂可用NiC₂O₄·2H₂O晶体在氩气环境中受热分解制备，该反应方程式为。

②向反应系统中通入水蒸气可有效减少催化剂失活，其原因是。

③使用Ni催化剂，且其他条件相同时，随时间增加，温度对Ni催化剂催化效果的影响如图所示。使用催化剂的最佳温度为。

④650℃条件下，1 000 s后，氢气的体积分数快速下降的原因为。

(3) 甲烷、二氧化碳重整制CO经历过程I、II。过程I如图所示，可描述为；过程II保持温度不变，再通入惰性气体，CaCO₃分解产生CO₂ ， Fe 将CO₂还原得到CO和Fe₃O₄。

【考点】

盖斯定律及其应用; 化学平衡的影响因素; 化学平衡的调控;

【答案】

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综合题普通

1. CO₂的资源化利用能有效减少CO₂排放缓解能源危机。用CO₂、H₂为原料合成甲醇(CH₃OH)过程主要涉及以下反应：

a)CO₂(g)+3H₂(g)⇌CH₃OH(g)+H₂O(g) △H₁

b)CO₂g)+H₂(g)⇌CO(g)+H₂O(g) △H₂=+41.2kJ/mol

c) $\text{[math]}$ CO(g)+H₂(g)⇌ $\text{[math]}$ CH₃OH(g) △H₃=-45.1kJ/mol

(1) 根据盖斯定律，反应a的△H₁=。

(2) 我国学者结合实验与计算机模拟结果，研究了CO₂与H₂在TiO₂/Cu催化剂表面生成CH₃OH和H₂O的部分反应历程，如图所示，其中吸附在催化剂表面的物种用*标注。

反应历程中最小能垒(活化能)E_正eV。写出历程②的化学方程式。

(3) 上述反应体系在一定条件下建立平衡后，下列说法正确的有___________。 A. 升高温度，反应b正向移动，反应c逆向移动 B. 加入反应a的催化剂，可以降低反应的活化能及反应热 C. 增大H₂的浓度，有利于提高CO₂的平衡转化率 D. 及时分离除CH₃OH，可以使得反应a的正反应速率增大

(4) 加压，甲醇产率将；若原料二氧化碳中掺混一氧化碳，随一氧化碳含量的增加，甲醇产率将。(填“升高”、“不变”、“降低”或“无法确定”)。

(5) 使用新型催化剂，让1molCO₂和3molH₂在1L密闭容器中只发生反应a、b，CO₂平衡转化率和甲醇选择率(甲醇选择率是指转化生成甲醇的CO₂物质的量分数)随温度的变化趋势如图所示。

553K时，若反应后体系的总压为p，反应a的K_p=(列出计算式)。(K_p为压强平衡常数，其表达式写法：在浓度平衡常数表达式中用气体分压代替浓度，气体的分压等于总压乘以物质的量分数)，由上图可知，适宜的反应温度为。

综合题普通

探究CH₃OH合成反应化学平衡的影响因素，有利于提高CH₃OH的产率。

Ⅰ．以CO₂、H₂为原料合成CH₃OH涉及的主要反应如下：

反应①： $\text{[math]}$ $\text{[math]}$ 。

反应②： $\text{[math]}$ $\text{[math]}$ 。

反应③： $\text{[math]}$ $\text{[math]}$ 。

不同压强下，按照 $\text{[math]}$ 投料，实验测定CO₂的平衡转化率和CH₃OH的平衡产率随温度的变化关系如图所示。

（1） $\text{[math]}$ ________ $\text{[math]}$ 。

（2）其中纵坐标表示CO₂平衡转化率的是图________(填“甲”或“乙”)。

（3）图乙中T₁温度时，三条曲线几乎交于一点的原因是________。

（4）为同时提高CO₂的平衡转化率和CH₃OH的平衡产率，应选择的反应条件为_______(填标号)。

A. 低温、高压

B. 高温、低压

C. 低温、低压

D. 高温、高压

（5）我国学者提出“反应①”的反应机理(其中吸附在催化剂表面的物种用“*”标注)如下图所示，其中过程b中含碳物种被________(填“氧化”或“还原”)。

Ⅱ．以乙烯气相水合反应生成C₂H₅OH涉及的主要反应如下：

反应④： $\text{[math]}$ $\text{[math]}$ ，

（6）下图是乙烯的平衡转化率与温度、压强的关系[其中 $\text{[math]}$ ]。

①图中压强(p₁、p₂、p₃、p₄)由大到小的顺序为________。

②若p₁=8.0 MPa，计算A点的平衡常数K_p=________(用平衡分压代替平衡浓度计算；分压=总压×物质的量分数；结果保留两位有效数字)。

综合题困难

3. 二甲醚(DME)被誉为“21世纪的清洁燃料”，由合成气制备二甲醚的主要原理如下：

①CO(g)＋2H₂(g) $\text{[math]}$ CH₃OH(g)　ΔH₁=-90.7 kJ·mol^-1　K₁

②2CH₃OH(g) $\text{[math]}$ CH₃OCH₃(g)＋H₂O(g)　ΔH₂=-23.5 kJ·mol^-1　K₂

③CO(g)＋H₂O(g) $\text{[math]}$ CO₂(g)＋H₂(g)　ΔH₃=-41.2 kJ·mol^-1　K₃

回答下列问题：

(1) 反应3H₂(g)＋3CO(g) $\text{[math]}$ CH₃OCH₃(g)＋CO₂(g)的ΔH=kJ·mol^-1；该反应的平衡常数K=(用K₁、K₂、K₃表示)。

(2) 下列措施中，能提高(1)中CH₃OCH₃产率的有。

A．使用过量的CO B．升高温度 C．增大压强

(3) 一定温度下，将0.2 mol CO和0.1 mol H₂O(g)通入2 L恒容密闭容器中，发生反应③，5 min后达到化学平衡，平衡后测得H₂的体积分数为0.1.则0～5 min内v(H₂O)=，CO的转化率α(CO)=。

(4) 将合成气以 $\text{[math]}$ =2通入1 L的反应器中，一定条件下发生反应：4H₂(g)＋2CO(g) $\text{[math]}$ CH₃OCH₃(g)＋H₂O(g)　ΔH，其中CO的平衡转化率随温度、压强的变化关系如图1所示，下列说法正确的是(填字母)。

A．ΔH<0 B．p₁>p₂>p₃ C．若在p₃和316 ℃时，起始时 $\text{[math]}$ =3，则平衡时，α(CO)小于50%

(5) 采用一种新型的催化剂(主要成分是CuMn的合金)，利用CO和H₂制备二甲醚(DME)。观察图2，当 $\text{[math]}$ 约为时最有利于二甲醚的合成。

综合题普通